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“自交和自由交配”的难点突破

[日期:2012-08-28] 来源:http://blog.sina.com.cn/s/blog_505c5b5701017o6o.ht  作者:夏焦兵 [字体: ]

 

摘 要 自交和自由交配的区别和应用是高三复习的一个难点。期刊有关辨析文章多侧重相关概率计算的方法介绍,而缺乏对方法背后的生物学实质分析。拟通过制造认知冲突,暴露问题实质,激发学生深入思考讨论,最终解决认知冲突,使学生心理经历平衡、失衡和再平衡的过程,从而深化对自交和自由交配的准确理解,有效突破教学难点。

关键词 自交 自由交配 难点突破

自交和自由交配的区别和应用是高三复习的一个教学难点。自交泛指种群中相同基因型个体互相交配(狭义上指植物自花传粉等),自由交配则是指种群中任一个体都能随机与任一异性个体交配(包括自交和杂交的正反交)。教学实践表明:教师仅给出定义化描述并不能让学生深刻认识二者区别,因此很难正确灵活应用。笔者在复习教学中,首先提出一个有关“自交和自由交配”概率计算的一般问题,让学生运用已有知识初步解决;然后提出不同解决方案制造认知冲突,激发学生深入思考讨论,最终消除认知冲突,从而获得对问题的真正解决。整个教学过程中学生思维跌宕起伏,心理上经历了一个平衡、失衡和再平衡的过程。虽然耗时长了,但却能大大深化学生对自交和自由交配的准确理解,有效突破教学难点。

1 问题驱动

教师提问:某生物种群中Aa个体自交得F1,F1自交所得F2中Aa概率是多少?如果F1自由交配呢?(为了使问题简明而概括,提问中抽离掉具体的生物种类及性状。)该问题隐藏着自交和自由交配的含义、区别及其子代各基因型频率计算方法等知识、能力和情感三维教学目标。

2  初步解决

问题刚提,方强同学就自告奋勇上黑板解决了。略加修饰其解题过程,整理如下:

第一步,计算Aa自交,F1各基因型比例: Aa×Aa → F1:1AA :2Aa :1aa。

第二步,采用“概率法”计算,F1自交,F2中Aa概率是1/4(图1)。

图1 

第三步,采用“雌雄配子随机结合法”(简称“配子法”)计算, F1自由交配,F2中Aa概率是1/2(图2)。

很多同学还在思考甚至没有头绪,特别是对于自由交配,思维显得比较凌乱。教师如果只是按照方强同学的正确思路分析,多数同学也能理解,问题到此本可以结束。但这将会掩盖许多深层次问题。当笔者提出另外的计算方法(过去、现在和将来都会有学生使用)后,一时之间,班上几乎所有同学都被推向了不同程度的思维困境。

3 步入困境

3.1 困境1 “概率法”和“比例法”计算自交的结果不一致 笔者提出,有同学采用“比例法”对上述F1自交情况计算如下(图3):

图3

学生乍看也挺合理,可是运用此“比例法”计算F2中Aa概率却是4/10Aa,与“概率法”计算的结果居然不同!读者朋友们,你可以想象这随后的课堂景象了。很快桂权东同学发现,采用“比例法”计算,图3中F1代AA和aa自交后代的比例系数都应从“1”改为“4”,这样一改,两种算法的结果就一致了。可为什么应这么改呢?

3.2 困境2 “配子法”和“个体法”计算自由交配的结果不一致 见部分学生对用“配子法”计算自由交配感到不好理解,笔者就让他们根据自由交配的定义采用“雌雄个体随机交配法”(简称“个体法”)进行计算。学生已知就一对等位基因而言共有6种交配组合,都认为只要逐一计算每种交配组合后代各基因型频率再合并统计,就可得出与“配子法”相同的结果,但都嫌麻烦不想计算。我不禁有些失望,因此请了李洁同学上黑板计算出结果(图4)。


图4

经合并统计,“个体法”计算F2中Aa概率居然是5/16!惊诧和困惑之余,徐银军同学率先发现,F2各基因型频率合计只有11/16,不等于1。因此多数同学开始意识到:这种算法肯定有遗漏!课后,仍有2位同学满脸疑惑地分别提问如下。

3.3 困境3 程星提问:按方强的“概率法”计算F1中1/2Aa自交,既然是自交,为什么不按1/2Aa×1/2Aa,而是按1/2(Aa×Aa)计算呢?

3.4 困境4 杨波提问:如果只考虑F1中1/4AA和1/2Aa自由交配,按方强的“配子法”计算,F2中各基因型频率是:1/4AA、1/4Aa、1/16aa,而为什么按“个体法”计算(1/4AA×1/2Aa),F2中各基因型频率却是:1/16Aa、1/16aa?

学生思维的困境一旦暴露,教学自然就指向问题的实质:上述计算中的“概率法”和“比例法”、“配子法”和“个体法”,究竟蕴藏着怎样的生物学含义?各自有着怎样的联系?笔者认为